Генератор – основне джерело електричної енергії автомобіля. Поговоримо про автомобільний генератор, як він працює, з чого складається і розглянемо його пристрій.
Як працює генератор автомобіля?
При пуску двигуна основним споживачем електроенергії є стартер, сила струму досягає сотень ампер, що викликає значне падіння напруги акумулятора. У цьому режимі споживачі живляться тільки від акумулятора, який інтенсивно розряджається. Відразу після пуску двигуна генератор стає основним джерелом електропостачання.
Генератор є джерелом постійної підзарядки акумуляторної батареї під час роботи двигуна. Якщо генератор не буде працювати, акумулятор швидко розрядитися. Генератор забезпечує необхідний струм для заряду акумулятора і роботи електроприладів. Після підзарядки акумулятора різниця напруги і генератора стає невеликий, що призводить до зниження зарядного струму.
При включенні потужних споживачів (наприклад, обігрівача заднього скла, фар) і малих оборотів двигуна сумарний струм може бути більше, ніж здатний віддати генератор. У цьому випадку навантаження ляже на акумулятор і він почне розряджатися.
Привід і кріплення генератора
Привід генераторів здійснюється від шківа колінчастого вала ремінною передачею. Чим більше діаметр шківа на колінчастому валу і менше діаметр шківа генератора, тим вище обертів генератора, відповідно, він здатний віддати споживачам більший струм.
На сучасних машинах привід здійснюється полікліновий ременем. Завдяки більшій гнучкості він дозволяє встановлювати на генераторі шків малого діаметру і, отже, одержувати високі передавальні відносини, тобто використовувати високооборотні генератори. Натяг поликлинового ременя здійснюється натяжними роликами при нерухомому генераторі.
Пристрій автомобільного генератора
З чого складається генератор автомобіля? Будь генератор містить статор з обмоткою, затиснутий між двома кришками — передній, з боку приводу, і задній, з боку контактних кілець. Генератори кріпляться в передній частині двигуна болтами на спеціальних кронштейнах. Кріпильні лапи і натяжна вушко генератора знаходяться на кришках.
Кришки, відлиті з алюмінієвих сплавів, мають вентиляційні вікна, через які повітря продувається вентилятором крізь генератор. Генератори традиційної конструкції забезпечені вентиляційними вікнами тільки в торцевій частині, генератори “компактної” конструкції ще і на циліндричній частині над лобовими сторонами обмотки статора.
На кришці з боку контактних кілець кріпляться щітковий вузол, який об’єднаний з регулятором напруги, і випрямний вузол. Кришки зазвичай стягнуті між собою трьома або чотирма гвинтами, причому статор виявляється затиснутий між кришками, посадочні поверхні яких охоплюють статор по зовнішній поверхні.
Статор генератора: 1 – сердечник, 2 – обмотка, 3 – пазовий клин, 4 – паз; 5 – вивід для з’єднання з випрямлячем
Статор генератора набирається зі сталевих листів товщиною 0.8…1 мм, але частіше виконується навивкою “на ребро”. При виконанні пакета статора навивкою ярмо статора над пазами зазвичай має виступи, за яким при намотуванні фіксується положення шарів один щодо одного. Ці виступи поліпшують охолодження статора за рахунок більш розвиненою зовнішньої поверхні.
Необхідність економії металу призвела до створення конструкції пакета статора, набраного з окремих підковоподібних сегментів. Скріплення між собою окремих аркушів пакета статора в монолітну конструкцію здійснюється зварюванням або заклепками. Практично всі генератори автомобілів масових випусків мають 36 пазів, в яких розташовується обмотка статора. Пази ізольовані плівковою ізоляцією або напилюванням епоксидного компаунда.
Ротор автомобільного генератора: а – у зборі; б – полюсная система в розібраному вигляді; 1,3 – полюсні половини; 2 – обмотка збудження; 4 – контактні кільця; 5 – вал
Особливістю автомобільних генераторів є вид полюсної системи ротора. Вона містить дві полюсні половини з виступами — полюсами клювообразним форми по шість на кожній половині. Полюсні половини виконуються штампуванням і можуть мати виступи. У разі відсутності виступів при запре совці на вал між полюсними половинами встановлюється втулка з обмоткою збудження, намотаної на каркас, при цьому намотка здійснюється після встановлення втулки всередину каркаса.
Вали роторів виконуються з м’якої автоматної сталі, однак, при застосуванні роликового підшипника, ролики якого працюють безпосередньо з кінця вала з боку контактних кілець, вал виконується з легованої сталі, а цапфа вала гартується. На кінці вала, забезпеченому різьбленням, прорізається паз під шпонку для кріплення шківа.
У багатьох сучасних конструкціях шпонка відсутня. У цьому випадку торцева частина валу має поглиблення або виступ під ключ у вигляді шестикутника. Це дозволяє утримувати вал від повороту при затягуванні гайки кріплення шківа, або при розбиранні генератора, коли необхідно зняти шків і вентилятор.
Щітковий вузол – це конструкція, в якій розміщуються щітки тобто ковзні контакти. В автомобільних генераторах застосовуються щітки двох типів — меднографитные і электрографитные. Останні мають підвищений падіння напруги в контакті з кільцем порівняно з меднографитными, що несприятливо позначається на вихідних характеристиках генератора, однак вони забезпечують значно менший знос контактних кілець. Щітки притискаються до кілець зусиллям пружин.
Випрямні вузли застосовуються двох типів – або це пластини-тепловідводи, які запресовуються діоди силового випрямляча або на яких розпаюються і герметизуються кремнієві переходи цих діодів, або це конструкції з сильно розвиненим ребрами, в яких діоди, зазвичай таблеткового типу, припаюються до теплоотводам. Діоди додаткового випрямляча мають зазвичай пластмасовий корпус циліндричної форми або у вигляді горошини або виконуються у вигляді окремого герметизованого блоку, включення в схему якого здійснюється шинками.
Найбільш небезпечним для генератора є замикання пластин нових радіаторів, з’єднаних з “масою” і виводом “+” генератора випадково потрапили між ними металевими предметами або провідними містками, утвореними забрудненням, оскільки при цьому відбувається коротке замикання по ланцюга акумуляторної батареї і можливий пожежа. Щоб уникнути цього, пластини та інші частини випрямляча генераторів частково або повністю покривають ізоляційним шаром. В монолітну конструкцію випрямного блоку тепловідводи об’єднуються в основному монтажними платами з ізоляційного матеріалу, армованими з’єднувальними шинками.
Підшипникові вузли генераторів це, як правило, радіальні кулькові підшипники з одноразової закладкою пластичного мастила на весь термін служби і одне або двосторонніми ущільненнями, вбудованими в підшипник. Роликові підшипники застосовуються тільки з боку контактних кілець і досить рідко, в основному, американськими фірмами. Посадка кулькових підшипників на вал з боку контактних кілець – звичайно щільна, з боку приводу – змінна, в посадочне місце кришки навпаки – з боку контактних кілець – змінна, з боку приводу – щільна.
Охолодження генератора здійснюється одним або двома вентиляторами, закріпленими на його валу. При цьому у традиційної конструкції генераторів повітря засмоктується відцентровим вентилятором в кришку з боку контактних кілець. У генераторів, що мають щітковий вузол, регулятор напруги й випрямляч поза внутрішньої порожнини і захищених кожухом, повітря засмоктується через прорізи цього кожуха, напрямні повітря в найбільш нагріті місця – до випрямляча і регулятора напруги.
Система охолодження генераторів: а – генератори звичайної конструкції; б – генератори для підвищеної температури в підкапотному просторі; в – генератори компактній конструкції. Стрілками показано напрямок повітряних потоків
На автомобілях з щільною компоновкою підкапотного простору, в якому температура повітря занадто велика, застосовують генератори зі спеціальним кожухом, через який генератор надходить холодний і чистий забортный повітря. У генераторів “компактної” конструкції охолоджуючий повітря забирається з боку як задній, так і передньої кришок.
Для чого потрібен регулятор напруги?
Регулятори підтримують напругу генератора в певних межах для оптимальної роботи електроприладів, включених в бортову мережу автомобіля. Генератори оснащуються напівпровідниковими електронними регуляторами напруги, як правило вбудованими всередину генератора. Схеми їх виконання і конструктивне оформлення можуть відрізнятися, але принцип роботи однаковий.
Регулятори напруги мають властивість термокомпенсації – зміни напруги, що підводиться до акумуляторної батареї, в залежності від температури повітря в підкапотному просторі для оптимального заряду АКБ. Чим нижче температура повітря, тим більша напруга повинна підводитися до батареї і навпаки. Величина термокомпенсації сягає до 0,01 на 1°С. Деякі моделі виносних регуляторів мають ручні перемикачі рівня напруги (зима/літо).
